双光栅测微弱振动综述报告

1、双光栅衍射成像的研究
2、双光栅双参量的传感研究
六、普通光栅和位相光栅的区别
由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。
矩形棒
式中，b，h分别为棒的宽和厚。
在国际单位制中，杨氏模源自文库的单位为牛顿/米2（N·m-2）。
实验原理图如5所示。由信号发生器输出的正弦信号，加到激发换能器Ⅰ上，通过激发换能器Ⅰ把信号转变成机械振动，再由悬丝把机械振动传给待测试样，使试样受迫做横向振动，试样另一端的悬丝将振动传给接受换能器Ⅱ，这时机械振动又转变成电信号。该信号送到示波器中显示。
用双光栅测量微弱振动
综述报告
学院：电气工程学院学号：2180401066姓名：
一、实验结果
二、设计一个利用本仪器测量微小量变化的实验
利用双光栅测量微小质量变化。
对于双光栅微弱振动测量仪，在调节频率器让音叉谐振以后，改变音叉的附着质量将会对示波器显示的拍频波的个数产生影响，即影响音叉的振幅大小。如此在音叉上附着不同质量的微小物体，可以通过音叉振幅的改变来判断微小物体质量的大小。
光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床固定部件上，光栅读数头在机床活动部件上，指示光栅在光栅读数头中。图2所示的就是光栅尺的结构。
图2光栅尺结构图
以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹” (如图3所示)。严格地说，莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直。莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。
可设计带有若干凹槽的音叉替代原有音叉，向凹槽内放置不同数量的微小金属块，通过示波器上显示的拍频波个数计算出各相应情况下的音叉振幅，拟合出音叉振幅大小与音叉附着质量关系曲线。对于质量位于本实验所采用的质量区间内的微小物体，都可以通过双光栅微弱振动实验测量出振幅，再利用所得的关系计算出质量大小。
三、光栅尺(莫尔条纹)在工业中测量控制微小量的原理
八、思考题
1、如何判断动光栅和静光栅的刻痕已经平行？
将观察屏放于光电池架处，慢慢转动光栅架，仔细观察，调节，两个光束重合时，动光栅和静光栅即处于平行状态。
当信号发生器的频率不等于待测试样的固有频率时，试样不发生共振，示波器上没有电信号，或波形幅度很小。当信号发生器的频率等于试样的固有频率时，试样发生共振，这时示波器上电信号波形幅度最大，此时信号发生器输出的信号频率，就是试样在该温度下的共振频率，代入公式（2），即可求出该温度下圆形棒试样的杨氏模量。
五、本实验装置的其他应用
W=ω /2* sin（θ /2）=ω /θ
图3莫尔条纹
光栅尺传感器系统多采用电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时，在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹，随着光栅的移动，莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。
在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如，栅线为50线对/mm的光栅尺，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲，这在工业普通测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度。.
四、利用测量金属的固有频率计算该金属的杨氏模量
若将一均匀棒悬挂起来，如图4所示，并使之发生横向振动，其振动方程为
式中,y为振动位移,x为纵向变量,t为时间,ρ为棒的密度,S为棒的截面面积,E为棒的
杨氏弹性模量,J称为惯性矩。
振动方程为偏微分方程。用分离变量法求解方程(求解过程见附录)，得:
圆形棒
式中，l为棒长，d为棒的截面直径，m为棒的质量，f为棒的固有频率。
位相光栅用位相材料（只有空间位相结构，而透明度一样的透明材料）制成的光栅，是光波通过光栅后,振幅无变化,但位相有周期性的改变,从而改变光栅衍射的光学器件。
七、激光多普勒测速原理与本实验原理的相似点
激光多普勒测速是根据多普勒效应，当光照射运动着的流体时，激光被跟随流体运动的粒子所散射，散射光的频率发生变化，与入射光的频率之差称为多普勒拍频，检测拍频即可求得流速。本实验是利用了光的多普勒频移形成光拍从而精确测量微弱振动。两者在原理上利用多普勒效应是相似的，通过检测拍频得到所求量。